⚡ 대칭 3상 교류 – 3상 전원과 3상 부하의 특성

 

1️⃣ 3상 교류(Three-Phase AC)란?

3상 교류란 서로 120° 위상 차이를 가지는 3개의 전압이 동시에 발생하는 전력 시스템을 의미함.

일반적인 가정용 전기는 단상 교류이지만, 산업 현장에서는 효율적인 전력 공급을 위해 3상 교류를 사용함.

2️⃣ 3상 전원의 특징

• 전력 손실이 적고, 큰 전력을 안정적으로 공급할 수 있음.
• 전압과 전류가 서로 120° 위상 차이를 가짐.
• 발전기, 변압기, 모터 등 대부분의 전기 기기는 3상 교류로 동작함.

3️⃣ 3상 교류의 위상 관계

3상 교류의 각 전압은 다음과 같은 위상 관계를 가짐:

V_A = V_m sin(ωt)
V_B = V_m sin(ωt - 120°)
V_C = V_m sin(ωt - 240°)

여기서:

• V_A, V_B, V_C: 각 상의 전압 (V)
• V_m: 전압의 최대값 (V)
• ωt: 각속도(rad/s)와 시간(t)의 곱

4️⃣ 3상 결선 방식 (Y 결선과 Δ 결선)

3상 교류 시스템에서 전원을 부하에 연결하는 방식에는 Y 결선(스타 결선)과 Δ 결선(델타 결선)이 있음.

✅ Y 결선 (Star Connection)

각 상의 한쪽 끝을 공통 중성점에 연결하여 형성된 결선 방식.

• 선간전압(V_L)과 상전압(V_P)의 관계:
  V_L = √3 V_P
• 선전류(I_L)와 상전류(I_P)는 동일:
  I_L = I_P

✅ Δ 결선 (Delta Connection)

각 상을 삼각형 형태로 연결하여 형성된 결선 방식.

• 선간전압과 상전압은 동일:
  V_L = V_P
• 선전류와 상전류의 관계:
  I_L = √3 I_P

5️⃣ 3상 부하의 특성

3상 부하는 대칭 부하와 불평형 부하로 나뉨.

✅ 대칭 부하 (Balanced Load)

각 상의 임피던스가 동일하여 전압과 전류가 균형을 이루는 경우.

• 전압과 전류의 크기가 같고, 위상 차이도 동일.
• 중성선이 필요하지 않거나 전류가 거의 흐르지 않음.

✅ 불평형 부하 (Unbalanced Load)

각 상의 부하가 다를 경우, 전류와 전압이 일정하지 않은 경우.

• 중성선을 통해 불균형한 전류가 흐를 수 있음.
• 대칭 좌표법을 이용하여 해석 가능.

💡 요약

• 3상 교류는 서로 120° 위상 차이를 가지는 세 개의 전압으로 구성됨.
• Y 결선에서는 V_L = √3 V_P, Δ 결선에서는 V_L = V_P가 성립됨.
• 대칭 부하는 전압과 전류가 일정하며, 불평형 부하는 전압과 전류의 크기가 다름.
• 3상 교류는 산업 현장에서 **고출력, 높은 효율의 전력 공급**을 위해 필수적임.